UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI NAPOLI FEDERICO II SCUOLA POLITECNICA E DELLE SCIENZE DI BASE
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILE EDILE E AMBIENTALE
CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA
PER L’AMBIENTE ED IL TERRITORIO
(CLASSEDELLE LAUREE IN INGEGNERIA CIVILEED AMBIENTALE CLASSE N.L-7)
ELABORATO DI LAUREA
LO STATO DELL’ARTE IN MERITO ALLE METODOLOGIE DI
VALUTAZIONE DELLA PERICOLOSITÀ E DEL RISCHIO DA FRANA
Relatore
Prof. PAOLO BUDETTA
Candidato
RAFFAELA DI MARTINO N49/145
ANNO ACCADEMICO 2012 / 2013
OBIETTIVI DELLA TESI
•Illustrare lo stato delle conoscenze relative alle metodologie per la valutazione della pericolosità, vulnerabilità e rischio da frana.
•Passare in rassegna, in maniera sintetica, le metodologie qualitative (approccio geomorfologico, euristico, etc.) e quantitative (metodi deterministici, probabilistici, etc.) in uso per la stima della pericolosità e suscettibilità.
•Analizzare i vantaggi e gli svantaggi presentati dai vari metodi.
•Analizzare le strategie per la mitigazione del rischio.
Per “frana” si intende un movimento di massa di terreno o roccia, delimitato superiormente dalla superficie del pendio e, inferiormente, dalla superficie di scorrimento (Cruden, 1991).
•Le frane sono provocate da molteplici fattori, di tipo:
•Geomorfologico;
•Geologico e strutturale;
•Ambientale: (piovosità, clima, copertura vegetale, sismi, etc);
• Geotecnico e geomeccanico;
•Antropico
La classifica delle frane di Varnes (1978), modificata da Cruden (1996)
tipo di movimento
tipo di materiale
rocce terreni
grossolani terreni fini crolli (falls) crolli di roccia crolli di detrito crolli di terra ribaltamenti (topples) ribaltamento di
roccia ribaltamento di
detrito ribaltamento di terra
scorrimenti (slides)
Rotazionali scorrimento rotazionale di roccia
scorrimento rotazionale di detrito
scorrimento rotazionale di terra
traslazionali scorrimento traslazionale di roccia
scorrimento traslazionale di detrito
scorrimento traslazionale di terra
espandimenti laterali (lateral
spreads) espandimenti
laterali di roccia
espandimenti laterali di detrito
espandimenti laterali di terra
flussi (flows)
flussi di roccia (deformazioni gravitative
profonde di versante)
flussi di detrito flussi di terra
frane complesse/composite (complex)
combinazione di 2 o più tipi nello spazio e/o nel tempo
La pericolosità
E’ la probabilità che un fenomeno potenzialmente distruttivo si verifichi in una data area in un dato periodo di tempo. Essa è data da (Del Monaco e Spizzichino, 2005):
H (N) = 1 - (1 - P) N = 1 - (1 - 1/T) N
dove: N = numero di anni; P = probabilità annua di accadimento; T = tempo di ritorno
La sua valutazione si basa su:
- localizzazione spaziale, cioè su “dove” la frana avverrà;
-intensità (magnitudo), cioè “quanto grande“ essa sarà;
-frequenza (ricorrenza), cioè “quanto spesso” essa avverrà (Cardinali et al., 2002).
Quindi a differenza delle alluvioni, che interessano sempre le stesse aste fluviali, più o meno sempre negli stessi punti, per le frane è arduo esprimere la pericolosità in termini di probabilità di accadimento.
E’ invalsa quindi la tendenza a parlare di “suscettibilità a franare” che implica un concetto qualitativo più che quantitativo.
Per effettuare una valutazione della pericolosità dovremmo essere in grado di prevedere:
Intensità o magnitudine (I) Tipologia del movimento
Frequenza o periodo di ritorno
Metodologie di valutazione della pericolosità
• Analisi geomorfologica:
metodo basato sull’approccio del rilevamento geomorfologico di campagna e sull’esperienza del rilevatore.
La suscettibilità è valutata solo attraverso l’individuazione e l’analisi dei fenomeno franosi, attuali e potenziali. E’ necessario quindi disporre di una carta – inventario delle frane
• Metodo di indicizzazione delle cause:
L’operatore seleziona alcuni fattori che, a suo giudizio, hanno influenza sulla stabilità dei versanti ed assegna a ciascuno un valore ponderato che è proporzionale all’importanza che il fattore assume nel generare l’evento franoso.
Carta di sintesi dell’Inventario delle frane
del progetto IFFI (Inventario Fenomeni
Franosi in Italia)
• Analisi statistica:
Mette a confronto la distribuzione spaziale delle frane con i fattori di innesco considerati.
Essi vengono convertiti da nominali a numerici ed analizzati statisticamente utilizzando tecniche di regressione multipla (media, deviazione standard, valori massimi e minimi, etc.), stabilendo delle correlazioni per le aree stabili e instabili con l’analisi discriminante.
• Analisi deterministica:
E’ basata sulla definizione del Fattore di sicurezza (FS). Si basa sullo studio in sito ed in laboratorio delle proprietà fisico-meccaniche dei terreni e sulla geometria dei versanti.
Possono applicarsi modelli matematici mono, bi e tridimensionali. E’ applicabile solo ad aree localizzate (di ridotte dimensioni) e non è adatta per effettuare una zonazione della pericolosità su aree vaste.
Classi di pericolo relative al fattore di sicurezza F
Esempi di carte della pericolosità da frana
H3 (pericolosità alta) H2 (pericolosità media) H1 (pericolosità bassa)
Nell’ambito progettuale, il valore della probabilità di morti, feriti e senza tetto deve essere correlato all’intensità H (DRM, 1990).
Vulnerabilità
Rappresenta il grado di danneggiamento e/o perdita di un elemento a rischio causato dall'occorrenza di un fenomeno potenzialmente pericoloso, di data intensità.
V = P(danno|evento)
Questa grandezza è espressa in una scala da 0 (nessuna perdita) a 1 (perdita totale), ed è funzione della tipologia degli elementi e dell'intensità del fenomeno.
Le componenti della vulnerabilità sono:
• I beni immobili;
• Le persone;
• Le attività varie (industriali, agricole, ambientali, etc.)
Danno H0 H1 H2 H3
Morti 0 10-5 10-3 10-2
Feriti 0 10-4 10-2 10-1
Senzatetto 0 10-4 10-1 10-1
Tab.1. Valori di probabilità ammissibili in termini di effetti sulla vita umana per differenti scale di intensità
La vulnerabilità dei beni e delle attività è rappresentata dal valore economico degli stessi. La tabella 2 riporta una scala di gravità del danno in termini percentuali del valore dell’edificio (DRM,1990).
Il grado del danno è correlabile anche con l’intensità del fenomeno e con le caratteristiche costruttive (tab.3)
Su scala municipale, è difficile valutare la vulnerabilità per ogni singolo edificio. Quindi, si può definire la percentuale di danno in aree omogenee di uso del suolo, in funzione dell’intensità (tab.4)
Grado di danno
% del valore della costruzione
Tipo di danno
1 Qualche % Danni leggeri non strutturali. La stabilitā non č pregiudicata.
2 10 - 30 Fessurazione dei muri.
3 50 - 60 Deformazioni importanti. Fessure
largamente aperte. Evacuazione necessaria.
4 70 - 90
Cedimento parziale dei pavimenti, brecce nei muri, disarticolazione delle pareti.
Evacuazione immediata.
5 100 Distruzione totale: Recupero impossibile.
Tab.2 Scala convenzionale della severità dei danni (ispirata alla scala Mercalli) (DRM, 1990).
Inte nsità Tipo A B C1 C2
E1
Scivolamento 5 3 - 4 2 1 - 2
Colamento 2 - 5 1 - 3 1 - 2 1
Crollo 4 - 5 3 - 5 3 - 5 2 - 3
E2
Scivolamento 5 5 3 - 5 3 - 5
Colamento 3 - 5 1 - 4 1 - 3 1
Crollo 5 5 5 4 - 5
E3
Scivolamento 5 5 4 - 5 4 - 5
Colamento 5 3 – 5 1 - 5 1 - 5
Crollo 5 5 5 5
E4
Scivolamento 5 5 5 5
Colamento 5 5 5 5
Crollo 5 5 5 5
Tab.3. Valu tazione relativa del danno provocato da frane di diverso tipo ed intensità, in funzione delle caratteristiche delle costruzioni esposte. Il danno è espresso in base alla tab. 12. (DRM, 1990)
Area uso del suolo E1 E2 E3
superficie agricola 70 90 100
edificio isolato 60 90 100
gruppo di edifici 36 80 100
Villette 10 60 90
Aree commerciali è industriali
40 80 100
Aree urbane 50 80 90 - 100
Tab.4 percentuale di danno in aree omogenee di uso del suolo in funzione dell'intensità frane DRM (1990).
Il rischio
Rappresenta una stima della probabilità di conseguenze dannose per la salute, le proprietà e la società, dovute all'esposizione ad un fenomeno pericoloso di un certo tipo e di una certa intensità, in un dato lasso di tempo ed in una specifica area (Smith, 2004).
dove:
P = pericolosità;
E = elementi a rischio;
V = vulnerabilità.
Il rischio specifico
Stima le conseguenze di un fenomeno franoso indipendentemente dal
numero e dal valore dell'elemento a rischio.
Può essere utilizzato, in casi specifici, per definire la soglia di rischio accettabile.
I passi fondamentali da seguirsi per la stima del rischio sono:
1°L’analisi del rischio: basata sull’identificazione e l’analisi
del fenomeno pericoloso (tipologia, intensità, probabilità di accadimento) e
della vulnerabilità degli elementi a rischio.
Analisi qualitativa acquisisce informazioni, sulla pericolosità da frana,
sugli elementi a rischio e sulla loro vulnerabilità, esprimendole attraverso classificazioni qualitative (basso, medio, alto rischio).
Avviene attraverso i seguenti passaggi:
inventario delle frane, sovrapposizione della carta
delle frane sui potenziali elementi a rischio, definizione di quattro classi
distinte di rischio definite qualitativamente secondo le
conseguenze economiche e sociali.
Analisi quantitativa molto più elaborata ed
esaustiva . Richiede la conoscenza di :
Rischio totale valore atteso in termini di perdita di vite umane, feriti, danni alle attività,
proprietà e strutture.
Viene espresso in percentuale del costo
annuale o numero di unità perse all’anno
Danno potenziale prende in considerazione
il valore degli elementi a rischio e il loro potenziale
grado di perdita o danni, in funzione delle caratteristiche degli elementi e dell’intensità
della frana (tab.2).
Esempio di carta del rischio da frana
WL0 WL1 WL2 WL3
H0 R0 R0 R0 R0
H1 R0 R1 R1 R2
H2 R0 R1 R2 R3
H3 R0 R2 R3 R3
Legenda delle Classi di rischio
Tab. 2 Schema per la valutazione del rischio in base alla pericolosità e al danno potenziale.
2°La valutazione del rischio:
analizza e quantifica, in termini sociali e
monetari, i potenziali danni
derivanti dal fenomeno pericoloso, e li confronta con “il
valore soglia di rischio accettabile”
3°Gestione del rischio: mira a
ridurre il rischio quando
esso viene definito
«inaccettabili»
Morti Feriti Senzatetto
1 2 – 3 0.2 - 1
Il Valore della vita umana in termini economici (1 è il costo medio della vita umana,) :
Il valore economico dei beni e delle
attività è valutato per ogni area omogenea.
Valore globale, tiene conto di tutti gli elementi a rischio in una determinata zona. In termini monetari, il valore globale è dato semplicemente dalla somma del costo di ogni singolo elemento a rischio.
aumento delle soglie di rischio accettabile: ci si basa sull’informazione (segnaletica di allarme, mezzi di comunicazione di massa).
Le soglie di rischio consapevole (viaggi , etc.) tollerate dall’opinione pubblica sono più elevate di quelle del rischio involontario (frane, etc.);
mitigazione del rischio attraverso azioni strutturali riduzione dei fattori
scatenanti, e non strutturali:
trasferimento dell'elemento
(delocalizzazione), limitazione della espansione ecc..(tab.3)
Definire i valori di Probabilità di rottura accettabile attraverso:
•Criterio sociale;
•Criterio economico;
•Criterio socio-economico.
Tab.3 interventi strutturali e non per la mitigazione del rischio
Conclusioni
Dallo studio effettuato è emerso che una rigorosa valutazione della pericolosità, vulnerabilità e rischio, richiede una grande quantità di dati e informazioni su vari parametri. I vari approcci vagliati presentano diversi vantaggi e svantaggi, nello specifico:
• Metodi qualitativi: il principale svantaggio è che necessitano di indagini in sito laboriose, e l’affidabilità dipende in gran parte dall’abilità degli operatori.
I vantaggi: valutazione agevole prendendo in conto un elevato numero di fattori, esprimibili mediante Indici e/o Carte. Inoltre è possibilità automatizzare molte operazioni tramite l’uso del G.I.S.
• Metodi quantitativi: l’approccio statistico richiede una gran mole di dati (non sempre disponibili) e l’accertamento sistematico dei fattori correlati all’instabilità. Le relazioni empiriche specifiche possono essere di generalità limitata e di conseguenza i rapporti statistici devono essere determinanti caso per caso. L’approccio deterministico è oggettivo ma richiede molti ed approfonditi dati. Si può applicare solo in zone omogenee dal punto di vista fisico-meccanico.
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